大比例RAP掺量的乳化沥青冷再生混合料路用性能研究

邱川 李宁 周东亮 孙俊健 王漾

1.北京公联洁达公路养护工程有限公司 北京 100000

2.北京正达通顺检测科技有限公司 北京 100000

3.北京市市政四建设工程有限责任公司 北京 100000

4.北京国道通公路设计研究院股份有限公司 北京 100000

我国道路建设不断加快，路网密度不断提高，道路交通功能不断完善，大量早期修筑的路面需要进行养护、大中修或重建。沥青路面的设计使用年限一般为8到15年，从现在算起，每年将有约10%的沥青路面进入养护或重建周期。据统计，我国每年产生的废旧沥青路面材料达到上千万吨，仅北京地区每年产生的废旧沥青路面材料约100～150万吨，若将废旧沥青路面材料弃之不用，不仅会占用大量的土地，同时将造成资源浪费和环境污染[1]。

对于旧沥青路面材料的再生主要有两种技术途径：一是以恢复旧沥青性能为主要目的的热再生技术，二是实现沥青旧料再生利用的冷再生技术。冷再生相比热再生能更有效地利用RAP料[2]，具有较强的技术优势，能够进行深度处理，不需要耗能对铣刨料进行烘干，对环境有较好的适应性，节约资源，降低生产成本，减小能源消耗量[3-5]，加快施工进度，最大程度的保护生态环境。

为进一步提高废旧沥青路面材料的利用率，研究大掺量RAP乳化沥青冷再生混合料的可行性，本文选取三个大比例RAP掺量的冷再生混合料的配合比进行研究并考察其路用性能，为大比例RAP回收料的工程应用提供数据支持。

1 原材料与配合比设计

1.1 原材料

（1）乳化沥青

乳化沥青为北京市政路桥正达通顺检测科技有限公司自制，指标见表1。

表1 乳化沥青性能指标检测结果

（2）RAP料

采用北京市城市主干道沥青路面上面层铣刨料，为了更好的控制冷再生混合料的级配，配合比设计中将旧料分成0～10mm和10～25mm两档，旧料筛分结果如表2所示。

表2 旧料筛分数据

（3）新集料

试验用的新集料为某碎石场石灰岩碎石，新集料均满足现行《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40）技术要求。

（4）水泥

本研究采用42.5普通硅酸盐水泥。

（5）水

外掺水为普通饮用水。

1.2 配合比设计

（1）级配

本研究设计三种级配，三种级配的旧料添加比例分别为60%、80%、100%，以对比含大比例RAP的乳化沥青冷再生混合料的设计结果及性能。本文所选用的三种级配见图1，三种级配分别记为：级配1、级配2、级配3。

图1 乳化沥青混合料合成级配曲线

（2）最佳含水量

参照现行《公路土工试验规程》（JTG E40）T0131的方法，对合成矿料进行击实试验，确定拌和用水量。将乳化沥青和水按1∶1的比例组成流体，分别以4%、5%、6%、7%、8%的掺量加入到三种级配的矿料中进行重型击实试验，试验结果如图2所示。

图2 击实试验结果

经过回归计算，三种级配的最佳液体用量分别为5.2%、5.9%、6.0%。拌和用水量按下式计算：

其中，WM——拌和用水量，%；

WO——最佳液体含量，%；

WA——乳化沥青用量，%。

（3）最佳乳化沥青用量

乳化沥青选用2.5%、3.0%、3.5%、3.5%、4.0%和4.5%五个用量，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，分别对三种级配拌制乳化沥青混合料，并成型马歇尔试件，乳化沥青混合料干劈强度和湿劈裂强度的试验结果如图3所示。

图3 乳化沥青用量对劈裂强度的影响

对各级配的混合料劈裂强度进行多项式回归，计算强度峰值点所对应横坐标值作为该级配的乳化沥青用量。计算结果如表3所示，结果显示，采用未浸水劈裂强度所确定的乳化沥青用量略小于采用浸水劈裂强度所确定的乳化沥青用量，但差别微小。而在保证性能的前提下，提高乳化沥青用量有助于提高混合料水稳定性，因此，建议通过浸水劈裂强度确定乳化沥青用量，级配1、级配2、级配3的最佳乳化沥青用量分别为3.4%、3.5%、3.6%。

表3 最佳乳化沥青用量

2 路用性能

2.1 早期稳定性

按照本研究所设计的目标配合比拌和乳化沥青冷再生混合料（RAP掺量为60%、80%、100%的混合料分别命名为1#、2#、3#），成型车辙试件，本次试验厚度为10cm，即成型车辙试件尺寸为：30×30×10cm。

将每种级配的混合料所成型的车辙试件分为两组，第一组在空气中放置1小时，在常温下进行车辙试验；另一组在25℃空气中放置6小时，再放入45℃通风烘箱中保温2小时，在45℃条件下进行车辙试验。

试验结果如表4和图4所示。其中，试验项目1模拟施工结束后立即开放交通时，乳化沥青冷再生混合料抗车辙性能，试验项目2模拟施工结束后，当天中午高温状况下乳化沥青冷再生混合料抗车辙性能。

图4 乳化沥青冷再生混合料动稳定度试验结果

表4 乳化沥青冷再生混合料车辙深度试验结果

根据试验经验，并参考《公路工程沥青路面施工技术规范》动稳定度要求为〉1000次，从图4中可以看出，无论是刚开放交通（试验项目1），还是当天中午高温条件下（试验项目2），三种RAP掺量的乳化沥青冷再生混合料的抗车辙性能均完全满足要求。从表4可以看出，三种混合料的车辙深度均小于3mm，车辙深度较小，不会影响乳化沥青冷再生层之上的结构层的铺筑，说明大比例RAP掺量的乳化沥青冷再生混合料早期稳定性较好，在满足压实度的条件下可以开放交通。

2.2 水稳定性

本节通过冻融劈裂试验、浸水劈裂试验和浸水马歇尔试验，研不究同RAP添加比例的乳化沥青冷再生混合料抗水损害能力，试验结果如表5所示。

表5 乳化沥青冷再生混合料水稳定性数据

根据《公路沥青路面再生技术规范》，三种级配空隙率指标均满足要求。从试验结果可以看出，不同旧料添加比例的混合料性能较为接近，旧料添加量近似为100%的级配3乳化沥青冷再生混合料空隙率、马歇尔稳定度、残留马歇尔稳定度、劈裂强度及干湿劈裂强度比、冻融劈裂强度比TSR指标完全合格，证明含大比例RAP的乳化沥青冷再生是完全可行的，具有较强的抗水损害能力。

三种级配的乳化沥青冷再生混合料劈裂强度试验结果如图5所示。

图5 RAP添加比例对劈裂强度的影响

从图中数据可以看出，随着RAP添加比例的增加，无论浸水劈裂强度还是未浸水劈裂强度都逐渐提高，也说明含有大比例RAP的乳化沥青冷再生混合料性能优良，这也为工程中采用高RAP掺量提供了数据支持。

2.3 强度增长规律研究

成型乳化沥青冷再生混合料试件，对比乳化沥青冷再生混合料加速养生及自然养生（25℃）情况下，其干湿劈裂强度，残留强度的变化情况，研究强度增长随养生时间变化的规律。其中，湿劈裂强度在自然养生规定的天数前一天，浸水养生一天。加速养生采用60℃通风烘箱养生，测量其干湿劈裂强度和残留强度，试验结果如表6所示。

表6 不同龄期的强度值汇总

根据试验得出的不同龄期的干湿劈裂强度和残留强度数据，可以将其绘制成其随时间的变化曲线，如图6～图7所示。

图6 不同养生方式强度比较

图7 不同养生方式的残留强度

从图7中可以看出，无论采取何种养生方式，劈裂强度随养生龄期的增长而增加。自然养生3～7天干湿劈裂强度增长较快，之后增长较为平缓，而加速养生1-2天的干湿劈裂强度的增长速率与自然养生3-7天的速率相同。从劈裂强度上看，60℃加速养生一天相当于自然养生三天；60℃加速养生两天相当于自然养生七天。

从图7中可以看出，随着养生时间的增加，残留强度逐渐提高，开始增加较快，随后增加缓慢，从残留强度看，加速养生的水份散失较快，因此加速养生残留强度较自然养生残留强度高。

3 结论

本文采用乳化沥青和水泥作为胶结料，采用60%、80%和100%三个比例的回收旧料（RAP）作为骨料，开展含大比例RAP的乳化沥青冷再生混合料材料设计和性能研究，为工程应用提供技术支持。项目通过系统材料设计和性能研究，得到如下结论：

（1）含大比例RAP掺量的乳化沥青冷再生混合料早期稳定性较好且混合料的水稳定性均满足要求，说明含大比例RAP的乳化沥青混合料可行，满足压实度的条件下可以开放交通。

（2）劈裂强度及无侧限抗压强度随养生时间的增长而增加，自然养生前7天强度增长较快，之后强度增长较为平缓，表明养生对乳化沥青冷再生混合料强度的形成必不可少，自然养生7天之后的强度与加速养生后强度相当。

室内试验表明，含大比例RAP的乳化沥青冷再生混合料性能完全满足要求，可以将这种大比例利用RAP回收旧料的技术推广开来，为节约资源、降低能耗和气体排放开辟新的道路。